Tidssynkronisering är oerhört viktigt för moderna datanät. I vissa industrier är tidssynkronisering absolut nödvändig, särskilt när man arbetar med tekniker som flygkontroll eller marin navigering där hundratals liv kan utsättas för risk genom brist på exakt tid.

Även i den finansiella världen är korrekt tidssynkronisering avgörande eftersom miljontals kan läggas till eller torkas av aktiekurser varje sekund. Av denna anledning följer hela världen en global tidsplan som kallas samordnad universell tid (UTC). Att hålla sig till UTC och hålla UTC exakt är dock två olika saker.

De flesta datorklockor är enkla oscillatorer som långsamt drivs antingen snabbare eller långsammare. Tyvärr betyder det att oavsett hur exakt de är inställda på måndag kommer de att ha drivit på fredagen. Denna drift kan vara bara en bråkdel av en sekund men snart tar det inte längre tid för den ursprungliga UTC-tiden att vara över en sekund.

I många branscher kan det inte innebära en fråga om livs och dödsfall av förlust av miljoner i aktier och aktier, men bristen på tidssynkronisering kan ha oförutsedda följder som att lämna ett företag som är mindre skyddat mot bedrägeri. Men att ta emot och hålla sant UTC-tid är ganska rakt framåt.

Dedikerad nätverk tidsservrar finns tillgängliga som använder protokollet NTP (Network Time Protocol) för att ständigt kontrollera tiden för ett nätverk mot en källa för UTC-tid. Dessa enheter kallas ofta som en NTP-server, tidsserver eller nätverkstidsserver. De NTP-server ständigt justerar alla enheter på ett nätverk för att säkerställa att maskinerna inte drivs från UTC.

UTC är tillgängligt från flera källor, inklusive GPS-nätverket. Detta är en idealisk källa till UTC-tid eftersom den är säker, pålitlig och tillgänglig överallt på planeten. UTC är också tillgängligt via specialiserade nationella radiosändningar som sänds från nationella fysiklaboratorier även om de inte är tillgängliga överallt.

När vi tar en titt på våra klockor eller klockan tar vi ofta för givet att tiden vi får är korrekt. Vi kanske märker om våra klockor är tio minuter snabba eller långsamma, men ta lite hänsyn om de är en andra eller två ut.

Men i tusentals år har mänskligheten blivit alltmer alltmer korrekta klockor vars fördelar är rikliga idag i vår tid av satellitnavigering, NTP-servrar, Internet och global kommunikation.

För att förstå hur exakt tid kan mätas är det först viktigt att förstå begreppet tid själv. Tiden som den har uppmätts på jorden under årtusendena är ett annat begrepp till tiden som, som Einstein informerade oss, var en del av universets väv i det han beskrev som en fyrdimensionell rymdtid.

Ändå har vi historiskt mätt tidsbaserad inte på tidsförloppet utan planetens rotation i förhållande till solen och månen. En dag är uppdelad i 24 lika delar (timmar) var och en är indelad i 60 minuter och minuten är uppdelad i 60 sekunder.

Det har emellertid nu insett att mätningstiden på detta sätt inte kan anses vara exakt eftersom jordens rotation varierar från dag till dag. Alla slags variabler som tidvattenstyrkor, orkaner, solvindar och till och med mängden snö i polerna påverkar hastigheten på jordens rotation. I själva verket när dinosaurierna började roaming jorden, hade längden på en dag som vi mäter den nu bara varit 22 timmar.

Vi baserar nu vår tidsåtgång på övergången av atomer som använder atomur med en sekund baserad på 9,192,631,770 perioder av strålningen emitterad av hyperfineövergången av en fackförenad cesiumatom i marktillståndet. Även om det här låter komplicerat är det bara en atomkaka som aldrig ändras och kan därför ge en mycket noggrann referens till basen vår tid på.

Atomklockor använder denna atomresonans och kan hålla tiden som är så exakt att en sekund inte går förlorad i jämn miljarder år. Modern teknik utnyttjar alla denna precision, vilket möjliggör många av kommunikationen och den globala handeln vi dra nytta av idag med utnyttjandet av satellitnavigering, NTP-servrar och flygkontrollen förändrar hur vi lever våra liv.

I en ålder av atomur och den NTP-server tidsfördröjning är nu mer exakt än någonsin med allt större precision som har medfört många av de teknologier och system vi nu tar för givet.

Även om tidsåtgärder alltid har varit en uppmärksamhet för mänskligheten, har det bara under de senaste decennierna varit så sann noggrannhet tack vare tillkomsten av atomklocka.

Före atomtiden var elektriska oscillatorer som de som fanns i den genomsnittliga digitala klockan det mest exakta tidsmåttet och medan elektroniska klockor som dessa är mycket mer exakta än sina föregångare - de mekaniska klockorna kan de fortfarande drivas med upp till en sekund i veckan .

Men varför behöver tiden vara så exakt, hur viktigt kan en sekund vara? I den dagliga löpningen av våra liv är det inte så viktigt och elektroniska klockor (och även mekaniska) som ger tillräcklig tidsåtgång för våra behov.

I våra dagliga liv gör en sekund liten skillnad, men i många moderna applikationer kan en sekund vara en ålder.

Modern satellitnavigering är ett exempel. Dessa enheter kan ange en plats någonstans på jorden till inom några meter. Ändå kan de bara göra detta på grund av atomklockans ultimata natur som styr systemet eftersom tidssignalen som skickas från navigationssatelliterna färdas med ljusets hastighet, som är nästan 300,000 km per sekund.

Eftersom ljuset kan röra så långt avstånd på en sekund varje atomur som styr ett satellitnavigeringssystem som bara var en sekund ut skulle placeringen vara felaktig vid tusentals mil vilket gör positionssystemet oanvändbart.

Det finns många andra tekniker som kräver liknande noggrannhet och även många sätt vi handlar och kommunicerar. Aktier och aktier växlar upp och ner varje sekund och global handel kräver att alla över hela världen måste kommunicera med samma gång.

De flesta datanätverk styrs med hjälp av a NTP-server (Network Time Protocol). Dessa enheter tillåter datanätverk till alla att använda samma atomurbaserade tidsskala UTC (koordinerad universell tid). Genom att använda UTC via en NTP-server kan datanätverk synkroniseras till inom några millisekunder av varandra.

Organisera Strata

Stratumnivåer beskriver avståndet mellan en enhet och referensklockan. Till exempel är en atomklocka baserad i ett fysiklaboratorium eller GPS-satellit en stratum 0-enhet. en stratum 1 Enhet är en tidsserver som tar emot tid från en stratum 0-enhet så att någon dedikerad NTP-server är stratum 1. Enheter som tar emot tiden från tidsservern, t.ex. datorer och routrar, är stratum 2-enheter.

NTP kan stödja upp till 16-nivånivåer och även om det finns ett avbrott i noggrannhet, desto längre bort går du stratumnivåerna för att tillåta stora nätverk att alla tar emot en tid från en enda NTP-server utan att orsaka nätverksbelastning eller blockering i bandbredd .

Vid användning av en NTP-server Det är viktigt att inte överbelasta enheten med tidsförfrågningar så att nätverket ska delas med ett valt antal maskiner som tar begäran från NTP-server (NTP-servertillverkaren kan rekommendera antalet förfrågningar som den kan hantera). Dessa stratum 2-enheter kan tio användas som tidsreferenser för andra enheter (som blir stratum 3-enheter) på mycket stora nätverk som dessa sedan kan användas som tidreferenser själva.

NTP-servrar är ett viktigt verktyg för företag som behöver kommunicera globalt och säkert. NTP-servrar distribuerar koordinerad universell tid (UTC), världens globala tidsplan baserad på den mycket exakta tiden som atomklockorna berättar för.

NTP (Network Time Protocol) är protokollet som används för att distribuera UTC-tiden över ett nätverk, vilket också säkerställer att hela tiden är korrekt och stabil. Det finns dock många fallgropar vid upprättandet av en NTP-nätverket, här är de vanligaste:

Använda rätt tidskälla

Att uppnå den lämpligaste tidskällan är grundläggande för att upprätta ett NTP-nätverk. Tidskällan kommer att fördelas mellan alla maskiner och enheter på ett nätverk, så det är viktigt att det inte bara är korrekt men också stabilt och säkert.

Många systemadministratörer skär hörn med en tidskälla. Vissa bestämmer sig för att använda en Internetbaserad tidskälla, även om dessa inte är säkra eftersom brandväggen kräver en öppning och även många internetkällor är antingen helt felaktiga eller för långt för att ge någon användbar precision.

Det finns två mycket säkra metoder för att ta emot en UTC-tidskälla. Den första är att utnyttja GPS-nätverket som även om det inte sänder UTC, GPS-tid baseras på internationell atomtid och är därför lätt för NTP att konvertera. GPS-tidssignaler är också lättillgängliga över hela världen.

Den andra metoden är att använda de långvågiga radiosignaler som sänds av vissa nationella fysiska laboratorier. Dessa signaler är emellertid inte tillgängliga i alla länder och de har ett begränsat utbud och är mottagliga för störningar och lokal topografi.

Network Time Protocol har utvecklats för att hålla datorer synkroniserade. Alla datorer är benägna att drifta och exakt timing är viktigt för många kritiska applikationer.

En version av NTP är installerad på de flesta versioner av Windows (även om en avkortad version som heter SNTP-Simplified NTP-är i äldre versioner) och Linux men kan laddas ner från NTP.org.

När du synkroniserar ett nätverk är det bättre att använda en dedikerad NTP-server som tar emot en tidskälla från en atomklocka antingen via specialradioöverföringar eller GPS-nätverk. Men många Internet-referenser är tillgängliga, lite mer tillförlitliga än andra, även om det måste noteras att internetbaserade tidskällor inte kan verifieras av NTP, vilket gör att datorn är utsatt för hot.

NTP är hierarkisk och ordnad i stratum. Stratum 0 är timingreferens, medan stratum 1 är en server ansluten till en stratum 0-tidkälla och ett stratum 2 är en dator (eller en enhet) som är ansluten till en stratum 1-server.

Den grundläggande konfigurationen för NTP görs med hjälp av filen /etc/ntp.conf som du måste redigera och placera IP-adressen för stratum 1 och stratum 2-servrar. Här är ett exempel på en grundläggande ntp.conf-fil:

server xxx.yyy.zzz.aaa föredrar (tidsserveradress som time.windows.com)

123.123.1.0 server

server 122.123.1.0-stratum 3

Driftfile / etc / ntp / drift

Den mest grundläggande ntp.conf-filen kommer att lista 2-servrar, en som den vill synkronisera med och en IP-adress för sig själv. Det är bra hushållning att ha mer än en server för referens om man går ner.

En server med taggen "preference" används för en pålitlig källa, så att NTP alltid använder den där servern när det är möjligt. IP-adressen kommer att användas vid problem när NTP ska synkronisera med sig själv. Driftfilen är där NTP bygger en registrering av systemklockans drifthastighet och justerar automatiskt för den.

NTP kommer att justera din systemtid men bara långsamt. NTP väntar åtminstone tio informationspaket innan du litar på tidskällan. För att testa NTP ändras helt enkelt systemklockan med en halvtimme i slutet av dagen och tiden på morgonen ska vara korrekt.

Exakt tid att använda Atomur finns tillgänglig i hela Nordamerika med hjälp av WWVB Atomic Clock tid signal överförd från Fort Collins, Colorado; Det ger möjlighet att synkronisera tiden på datorer och annan elektrisk utrustning.

Den nordamerikanska WWVB-signalen drivs av NIST - Statens institut för standarder och teknik. WWVB har hög sändareffekt (50,000 watt), en mycket effektiv antenn och en extremt låg frekvens (60,000 Hz). För jämförelse sänder en typisk AM-radiostation vid en frekvens av 1,000,000 Hz. Kombinationen av hög effekt och låg frekvens ger radiovågorna från WWVB en hel del studsa, och den här stationen kan därför täcka hela kontinentala USA plus mycket av Kanada och Centralamerika.

Tidskoderna skickas från WWVB med hjälp av ett av de enklaste systemen, och med en mycket låg datahastighet på en bit per sekund. 60,000 Hz-signalen överförs alltid, men varje sekund reduceras den kraftigt under en period av 0.2, 0.5 eller 0.8 sekunder: • 0.2 sekunder med reducerad effekt betyder en binär noll. • 0.5 sekunder med reducerad effekt är en binär. • 0.8 sekunder med reducerad effekt är en separator. Tidskoden skickas i BCD (Binary Coded Decimal) och anger minuter, timmar, årstid och år samt information om sommartid och språngår.

Tiden överförs med hjälp av 53-bitar och 7-separatorer, och tar därför 60 sekunder att sända. En klocka eller klocka kan innehålla en extremt liten och relativt enkel antenn och mottagare för att avkoda informationen i signalen och ställa in klockans tid exakt. Allt du behöver göra är att ställa in tidszonen, och klockan visar rätt tid.

Dedikerad NTP-tidsservrar som är inställda för att ta emot WWVB-tidssignalen finns tillgängliga. Dessa enheter kopplar ihop ett datornätverk som en annan server, endast dessa tar emot tidssignalen och distribuerar den till andra maskiner på nätverket med NTP (Network Time Protocol).

Vid midnatt på ikväll läggs en extra sekund till som rekommenderas av International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS). Det betyder att i sista minuten 2008 kommer 61 sekunder.

Skottsekunder har lagts till nästan varje år sedan starten av UTC (Samordnad Universal Time) i 1970: s. Den extra sekunden läggs till för att säkerställa att UTC håller synkroniserad med GMT (Greenwich Meantime eller ibland kallad UT1). GMT är det traditionella 24 timmars klocksystem där en dag definieras som rotation av jorden som tar 86,400 sekunder för en komplett revolution.

Tyvärr kan jorden ofta vara lite tardig i sin tur och om de extra sekunderna inte fanns i slutet av året för att kompensera så småningom skulle de två systemen (UTC och GMT) försvinnas. Under ett årtusende skulle tidsskillnaden bara vara en timme men många hävdar att ett tidssystem som inte motsvarar himmelens rörelse skulle vara irrationellt och yrken som jordbruk och astronomi skulle bli svårare.

Men inte alla ser det på det sättet att vissa argumenterar för att som hela världens datanät är synkroniserade till UTC med NTP-servrar då orsakar fudgen av det extra sekundet otäta mängder problem.

Nu har en grupp inom den internationella telekommunikationsunionen, som kallas, rekommenderat att avskaffa det andra spåret. Gruppmedlem Elisa Felicitas Arias, av International Bureau of Weights and Measures i Paris, Frankrike, hävdar att en tidsskala som inte behöver regelbunden anpassning är avgörande i en alltmer sammanlänkt värld. Dessutom säger hon att fartyg och flygplan nu navigerar via GPS istället för det gamla tidssystemet. GPS körs på en version av atomtid.

Nästa år kommer ITU: s medlemmar att rösta om förslaget. Om 70 procent stöder idén kommer ett officiellt beslut att fattas vid World Radio Conference i 2011. Enligt en rapport medförfattad av Felicitas Arias, stödjer de flesta medlemsstaterna tanken. Storbritannien är dock emot att omarbeta sina lagar, som inkluderar solens tidsgräns Greenwich Mean Time. Utan den brittiska avskaffandet kan vara svårt, säger Felicitas Arias.

"I teorin är att lägga till en sekund lika enkelt som att vända en omkopplare; i praktiken fungerar det sällan så, säger Dennis McCarthy av US Naval Research Laboratory, vilket ger den tidsstandard som används av den amerikanska militären. Mest sannolikt att drabbas är IT-system som behöver precision på mindre än en sekund. I 1998 - två språng sekunder sedan - mobilkommunikation svart ut över en del av södra USA. Olika tjänstegrenar hade gått in i lite annorlunda tider, vilket förhindrade korrekt återgivning av signaler.

Alla citat som tillskrivs BBC

Fram till 1967 den andra definierades med hjälp av jordens rörelse som roterar en gång på sin axel varje 24-timme, och det finns 3,600 sekunder i den timmen och 86,400 i 24.

Det skulle vara bra om jorden var punktlig men i själva verket är det inte. Jordens rotationshastighet förändras varje dag med tusentals nanosekunder, och detta beror i stor utsträckning på vind och vågor som springer runt jorden och orsakar drag.

Under tusentals dagar kan dessa förändringar i rotationshastigheten resultera i att jordens spinn blir osynlig med atomklockorna med hög precision som vi använder för att hålla UTC-systemet (Koordinerad universell tid) tickar över. Av denna anledning övervakas jordens rotation och tidsbestämd med hjälp av de avlägsna blixtarna från en typ av kollapsad stjärna som kallas en quasar som blinkar med en extremt exakt rytm bort många miljoner ljusår bort. Genom att övervaka jordens vridning mot dessa långt borta föremål kan det utarbetas hur mycket rotationen har minskat.

En gång per sekund av avtagande har byggts upp, The International Earth Rotation Service (IERS), rekommenderar a Leap Second att läggas till, vanligtvis i slutet av året.

Andra komplikationer uppstår när det gäller synkroniserings jorden till en tidsplan. I 1905 visade Albert Einsteins relativitetsteori att det inte finns något sådant som absolut tid. Varje klocka, överallt i universum, fästar i en annan takt. För GPS är detta en enorm fråga eftersom det visar sig att klockorna på satelliterna försvinner med nästan 40,000 nanosekunder per dag i förhållande till klockorna på marken, eftersom de är höga över jordens yta (och därmed i ett svagare gravitationsfält) och rör sig snabbt i förhållande till marken.

Och som ljus kan resa fyrtio tusen meter under den tiden kan du se problemet. Einsteins ekvationer som först skrivits ned i 1905 och 1915 används för att korrigera för denna tidsförskjutning, så att GPS kan fungera, planerar att navigera säkert och GPS NTP-servrar för att få rätt tid.

De MSF överföring från Anthorn (latitud 54 ° 55 'N, longitud 3 ° 15' W) är det huvudsakliga sättet att sprida de brittiska nationella standarderna för tid och frekvens som upprätthålls av National Physical Laboratory. Den effektiva monopolutstrålade effekten är 15 kW och antennen är väsentligen omnidirektionell. Signalstyrkan är större än 10 mV / m vid 100 km och större än 100 μV / m vid 1000 km från sändaren. Signalen används i stor utsträckning i norra och västeuropa. Bärarfrekvensen bibehålls vid 60 kHz till inom 2-delar i 1012.

Enkel på-av-bärare modulering används, bärarens uppgång och fall gånger bestäms av kombinationen av antenn och sändare. Tidpunkten för dessa kanter styrs av sekunder och minuter av koordinerad universell tid (UTC), som alltid ligger inom en sekund av Greenwich Mean Time (GMT). Varje UTC sekund är markerad med en "av" föregås av minst 500 ms av bärare, och denna andra markör överförs med en noggrannhet bättre än ± 1 ms.

Den första sekunden av minuten börjar med en period av 500 ms med bäraren av, för att fungera som en minutmarkör. De andra 59 (eller, exceptionellt, 60 eller 58) sekunder av minuten börjar alltid med minst 100 ms 'off' och slutar med minst 700 ms av bärare. Sekund 01-16 bära information för den aktuella minuten om skillnaden (DUT1) mellan astronomisk tid och atomtid, och de återstående sekunderna överför tid- och datumkoden. Tid- och datumkodinformationen ges alltid i fråga om brittisk klocktid och datum, vilket är UTC om vinteren och UTC + 1h när sommartid är i kraft, och det gäller den minut som följer den där den sänds.

Dedikerad MSF NTP-server enheter finns tillgängliga som kan anslutas direkt till MSF-överföringen.

Information Courtesy of NPL